垃圾滲濾液處理技術研究進展

王 慶，金 晶，王殿二，馮 旭，胡開亮

(1.光大環境修復(江蘇)有限公司，江蘇 南京 211100；2.上田環境修復有限公司，江蘇 常州 213000)

1 引言

隨著我國社會經濟不斷發展，人均生活垃圾已達到450～500 kg/年，并以年增長量10%的速度繼續增長[1]。其中，垃圾填埋場技術應用最為廣泛，占垃圾總處理量的80%以上。垃圾填埋技術具有操作管理簡單、處理費用低等優勢，但也存在填埋氣和滲濾液等二次污染現象[2，3]。此外，有研究顯示填埋場封場后30～50年仍然會產生垃圾滲濾液[4]。

垃圾滲濾液水質受填埋的垃圾種類、填埋方式以及水文地質等條件影響，一般而言，具有水質復雜、含有多種污染物、營養元素比例失調、重金屬含量高等污染特征，若處理不當會造成地下水、土壤等造成嚴重的污染[5～9]。此外，滲濾液是否達標排放已成為衡量填埋場是否衛生的重要標準。

國內垃圾滲濾液處理技術起步較晚，但隨著技術經濟的快速發展，滲濾液處理技術已有較大革新，我國滲濾液處理技術發展可總結為3個階段[10～12]。

第一階段： 20世紀90 年代初期處于滲濾液處理技術匱乏期，滲濾液處理工藝基本參照市政污水處理工藝，其中代表性工程為杭州天子嶺垃圾滲濾液處理工程，采用活性污泥法工藝。該工藝針對垃圾填埋場初期滲濾液可生化性好的特點，但隨著填埋時間延長，垃圾滲濾液BOD/COD值越低，可生化性越差，因此處理難度越來越大。

第二階段： 21世紀初期，充分認識滲濾液水質特性，考慮到滲濾液水質高總氮、高有機物等特性，提出采用厭氧處理和 MBR 處理技術，工藝一般采用預處理+調節池+厭氧處理+MBR 處理。該工藝可實現較低的氨氮排放，其中代表性工程有光大環保蘇州項目一期工程等。

第三階段： 2010年后，城市化進程加快，用地緊張，此外排放標準日趨嚴格，甚至要求達到中水回用的標準，嚴標準有效推動滲濾液技術快速發展。目前，滲濾液處理工藝以生物法處理和膜法深度處理為主，即預處理+厭氧+膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)處理工藝，出水水質最終可達到《城市污水再生利用 工業用水水質》(GB/T 19923-2005)中敞開式循環冷卻水系統補充水標準[13]，其中代表性工程有深圳老虎坑垃圾焚燒廠等項目。

然而近年來，隨著生物法和膜法深度處理工藝的廣泛應用，在工程實例中也存在很多問題，比如膜濃縮液處理、總氮不達標等問題[14～17]。針對這些問題，也出現了一些新工藝路線和解決思路。如氨吹脫及膜法脫氮，降低滲濾液氨氮濃度[18]；深度處理采用化學軟化+微濾+RO 處理工藝，減少了濃縮液產生量，提供產水回收率[19,20]。

在當前嚴格的環保立法，以及對滲濾液出水水質的嚴格要求的環境下，有必要對滲濾液處理技術進行比較和歸納，使之適用于處理不同種類滲濾液。本文對滲濾液處理工藝技術進行總結，并結合工程實踐中滲濾液處理存在的問題及解決方法進行闡述，為工程實踐提供借鑒。

2 國內外研究進展

2.1 國外滲濾液處理技術

20世紀70年代，歐盟國家開始研究滲濾液處理技術，滲濾液作為一種高濃度的有機和無機混合污染物，在相當長一段時間困擾著研究者。隨后的研究發現垃圾滲濾液水質組成十分復雜，包括腐殖質、農藥、多環芳烴、無機鹽、高濃度總氮以及重金屬等污染物[21]。這些污染物的濃度主要受填埋場的年齡、氣候條件以及廢物類型影響[22,23]。國外學者對滲濾液水質十分關注，并將填埋場年齡分成3個階段：“青年”“中年”“老年”。“青年”填埋場中含有大量可生物降解的有機物質，此時的BOD、COD含量很高；“中年”填埋場在厭氧環境中開始產生二氧化碳和甲烷；“老年”填埋場水質穩定，COD濃度相對較低，氨氮及甲烷含量大幅提升[24～26]，3種類型滲濾液的水質比較見表1[27]。

表1 垃圾填埋場三種類型滲濾液水質

針對滲濾液的有機物質、氨氮、無機鹽的高含量以及水質隨時間變化的特征，國外研究者注重通過多種技術組合的方式處理滲濾液，多種技術組合具有協同作用，可以克服技術本身的局限性[28，29]，主要包括物理-化學處理技術、物理化學-生物處理技術、高級氧化-生物處理技術。

2.1.1 物理-化學處理技術

物理-化學技術對 “老年”滲濾液的處理效果遠優于“青年”滲濾液，主要用于去除滲濾液中的難降解物質、COD以及作為生物法的后處理。物理-化學處理技術對滲濾液的處理效果見表2[30,31]。

表2 國外物理-化學法工藝的處理效果

2.1.2 物理化學-生物處理技術

國外學者對使用不同類型的物理化學和生物處理方法處理滲濾液進行了大量研究，表3顯示了一部分物理化學聯合生物處理法對滲濾液的處理效果。

石灰混凝能夠去除滲濾液中的膠體顆粒以及有機大分子，是一種良好的生物法預處理技術。生物法對滲濾液中的污染物的去除具有優良效果，從而降低后續工藝的處理成本，常被用作反滲透的預處理工藝，能夠延長反滲透膜單元的使用壽命。活性炭吸附能夠很好的去除生物法出水中殘存的難降解性有機污染物。

表3 國外物理化學-生物法工藝的處理效果

2.1.3 高級氧化-生物處理技術

高級氧化技術的強氧化性能夠去除和轉化滲濾液中頑固的有機和無機污染物，提高滲濾液的可生化性。Di Laconi[37]、Asha[39]等人研究發現，氨氮在高鹽分以及其他限制因子存在的滲濾液中采用生物法去除，效率僅為20%，但是使用芬頓或者臭氧作為前處理技術，能夠達到80%以上的去除率。另外，從節約成本角度出發，高級氧化-生物處理技術比其他技術組合更占優勢。表4中列出了一部分高級氧化聯合生物法處理滲濾液的工藝[40,41]。

2.2 國內滲濾液處理技術

目前，國內生活垃圾滲濾液處理技術應用日趨成熟，應用最廣泛的工藝路線為“厭氧+生化+膜深度處理”，最終出水可滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)表 2 標準，以及《城市污水再生利用 工業用水水質》(GB/T19923-2005)中表 1 敞開式循環冷卻水水質標準。典型滲濾液處理工藝路線有以下幾種。

表4 國外高級氧化-生物法工藝的處理效果

2.2.1 “高效厭氧+氨吹脫+A/O 接觸氧化+NF”工藝

該工藝下，通過生化和物化過程相結合，三段法的 CODCr去除率大于 85%，氨氮去除效率大于95%，增加的納濾技術用于去除生化難以降解的溶解性有機物，從而保證出水 CODCr達標。該技術路線成功應用于北京六里屯填埋場垃圾滲濾液處理工程的改造中，處理量為 350 m3/d，其中回用水處理量為 50 m3/d，運行費用為 25.7 元/ m3[42]。

2.2.2 “氨吹脫+ UBF+ SBR+深度處理”工藝

該工藝為物理化學-生物-高級氧化組合技術，主要設備包括：調節池、沉淀池、氨吹脫系統、UBF反應器、SBR反應器、臭氧系統以及膜處理系統。調節池、沉淀池、氨吹脫系統作為預處理系統，可為后續工藝提供穩定水質，并可去除COD 35%、氨氮60%，降低后續處理負荷。厭氧UBF分解滲濾液中有機大分子物質，為SBR反應池提供可生化性高的污水，提高處理效率。臭氧系統進一步去除滲濾液中難降解污染物，為后續膜處理工藝穩定運行提供保障，經過超濾及納濾膜過濾，出水可達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的一級標準，最終出水COD去除率可達99%，氨氮去除率可達99%。該工藝成功應用于光大宜興垃圾滲濾液處理工程中，處理量為150 m3/d[43]。

2.2.3 “預處理+IOC+MBR+化軟+RO+ 碟管式反滲透(DTRO)”工藝

該工藝為物理化學-生物法處理技術，初沉池、調節池作為預處理工序，本工藝主要設備包括厭氧內外循環反應器(IOC)、膜生物反應器、化學軟化系統、反滲透系統(包括RO及DTRO)。

垃圾滲濾液進入初沉池，去除懸浮物后溢流進入調節池，經厭氧進水泵，進入厭氧罐，去除大部分有機污染物，厭氧出水后滲濾液進入 A/O 系統，厭氧出水首先進入 A 池(缺氧池)，在缺氧條件下反硝化菌利用污水中的有機碳將硝態氮還原為氮氣，在脫氮的同時降低了容積負荷，并補充了后續硝化反應的堿度，同時部分懸浮污染物被吸附并分解，提高了污水的可生化性，隨后污水進入 O 池(好氧池)，在好氧條件下殘余的有機物被進一步降解，同時硝化菌將污水中的氨氮氧化為硝態氮，再回流至 A池進行反硝化脫氮。經 A/O 處理后出水進入浸沒式超濾系統進一步去除大分子有機物、懸浮物等污染物，經超濾處理后出水進入化學軟化系統、反滲透系統，去除懸浮物、溶解性固體、硬度、色度、氨氮、氯離子等污染指標，最終出水COD去除率可達97%，氨氮去除率可達89%，同時產水回收率可達 85%以上[44]。

3 滲濾液處理過程中存在的問題及現有措施

3.1 滲濾液處理過程中存在的問題

在實際工程中，大多數滲濾液處理工程中仍存在許多問題，比如膜濃縮液處理和處置問題、總氮不達標問題等。此外，較高的運行成本和二次污染等問題，也制約著生活垃圾處理可持續性發展進程。總體來說，滲濾液處理過程中存在以下幾個亟需解決的問題。

3.1.1 膜濃縮液問題

膜處理滲濾液過程中會不斷產生濃縮液，膜過濾濃縮液呈棕黑色，其體積約占垃圾滲濾液水量的13%～30%，并具有以下特征：①有機污染物濃度高，成分復雜；②可溶性無機鹽組分含量高，可生化性差；③水質水量隨時間變化大；④重金屬含量高。這些含有大量污染物的膜過濾濃縮液對地表水、地下水、土壤環境等都存在嚴重威脅，不能直接排放到環境中，對其合理的處理處置也是應用反滲透、納濾技術的垃圾滲濾液處理工程中必須解決的一個難題。膜濃縮液問題直接關系到垃圾滲濾液全量處理以及“零排放”的目標，因此必須采取切實可行的辦法對膜濃縮液進行有效處理和處置[45,46]。

3.1.2 總氮問題

目前垃圾滲濾液處理的瓶頸是總氮難以達標的問題[47]。垃圾滲濾液中高氨氮非常難以處理，過高濃度的氨氮會對微生物的新陳代謝產生抑制效果，并且污染物營養比例失調，總氮含量較COD及磷含量高的多，因而脫氮效果不佳，若額外投加碳源，將會大大增加處理成本。

垃圾滲濾液目前垃圾滲濾液處理常用的脫氮工藝有生物脫氮、氨吹脫及膜法脫氮等工藝，不同脫氮工藝在實際應用中均取得了較好的效果，為滲濾液處理達標排放創造了有利條件，但上述各種工藝也存在著許多問題。比如，生化脫氮工藝硝化作用可以使氨氮達標排放，但反硝化作用無法使總氮達標排放，并且生化脫氮操作復雜、運行不穩定、占地面積大以及環境較差；氨吹脫可以保證氨氮絕大部分去除，但要使氨氮達標排放，還要增加生化處理措施，同時氨吹脫需要投加大量堿性物質，易導致系統結垢，且在生化處理過程中又需要投加酸調節pH值至中性，導致處理成本過高，另外氨外溢會形成二次污染。綜上所述，高濃度的總氮不但使運行成本劇增，而且也會影響出水水質，因而，找到一種行之有效的去除滲濾液中高濃度總氮的方法是當務之急。

3.2 現有措施

3.2.1 膜濃縮液

目前垃圾滲濾液膜過濾濃縮液的處理處置方式可分為三種類型：一是轉移處置，包括外運和回灌；二是進一步減量，包括納濾、高壓反滲透、蒸發、膜蒸餾等；三是無害化處理，包括混凝沉淀、電絮凝、高級氧化等技術和干燥、焚燒、固化/穩定化等手段[48]。

3.2.2 總氮問題

(1)蒸氨法[49]。蒸氨工藝按塔底蒸汽的加熱方式可分為直接蒸氨工藝和間接蒸氨工藝。 直接蒸氨工藝的設備簡單、無再沸器和蒸汽冷凝裝置，前期的設備投資低。在相同的蒸氨效率下，兩種蒸氨工藝的蒸汽消耗量基本相同。

垃圾滲濾液成分復雜，除了高濃度的氨氮外，還有3000～7000 mg/L的CODCr、8000～10000 mg/L的堿度、1000～3000 mg/L的總硬度，還有大量的SS。因此在蒸氨過程中，常常由于堿度、硬度高，造成塔板和換熱器堵塞，進而影響設備的正常運行。同時，由于蒸氨的出水溫度較高，必須使用換熱器進行換熱降溫，也增加了投資和運行成本，但是蒸氨塔具備停留時間短、占地面積小，自動化程度高的特點，蒸氨系統回收的氨水也可以用作垃圾焚燒廠的煙氣脫硝，實現了資源的回收利用，優勢較大。未來研發具有抗堵塞、抗結垢、低能耗等性能的蒸氨技術在垃圾滲濾液處理方面，具有廣闊的前景。

(2)短程硝化反硝化[50]。不同于傳統的硝化過程，程硝化反硝化是將硝化過程控制在NO2-階段，使其不能進一步氧化成NO3-，實現NO2-的積累，并用NO2-作為電子的最終受氫體，直接實現NH4+和NO2-向N2的過程。相對于傳統的硝化反硝化，短程硝化反硝化具有以下優點：在硝化階段可以節約25%左右的耗氧量，極大的節約了能耗；在反硝化階段可以節約 40%左右的有機碳源，降低了運行費用；反硝化速率快，反應時間縮短，反應器的體積可以減少30%～40%，節約了設備投資；硝化階段可以減少34%左右的污泥產量，在反硝化階段可以減少污泥55%左右；減少了反應過程對堿的需求量；在C/N比一定的情況下可以提高過程對TN的去除率；可以減少有害氣體N2O的產量約50%。該工藝相對于傳統的生物脫氮工藝，不僅在耗氧量上大大減少，同時污泥產量只相當于傳統工藝的1/10。最終實現耗氧量低、污泥產量少、無需外加碳源等優點，大大縮短了脫氮的反應過程，具有廣泛的應用前景。

(3)同步硝化反硝化[51]。同步硝化反硝化現象主要是指在有氧條件下的硝化與反硝化作用同時發生的一種現象。不少研究者通過實驗或者工程應用發現，盡管在好氧條件下，反硝化作用依然存在于各種不同的生物處理系統中，如氧化溝、SBR、生物轉盤等常見的污水處理系統中。近些年，不少研究者對同步硝化反硝化現象進行了很多的研究，也取得了一定的進展，同時，該理論的提出，也為生物脫氮技術提供了新的思路。

(4)短程反硝化-厭氧氨氧化。

4 展望

綜上所述，滲濾液處理過程中面臨著許多問題，這些問題同時也是滲濾液行業技術發展的動力。為了解決上述問題，可以從以下幾個方面進行落實。

4.1 建立滲濾液處理模型

針對滲濾液處理過程，應進行更多的模擬研究，包括水質對物理、化學和生物工藝的影響以及各工藝的對不同水質的處理效果。最終建立滲濾液處理模型，該模型可根據出水要求結合成本造價，設計滿足要求的組合工藝。

4.2 開發新運行模式

滲濾液水質會隨填埋場年齡增加而發生較大變化，水質變化會影響各個工藝的處理效果，甚至會降低設備的使用壽命。因此，急需開發出具有模塊化、靈活組合特點的新運行模式，該模塊化多級組合工藝能夠適應滲濾液水質波動，這對滲濾液處理站運營管理而言是質的提升。

4.3 優化現有技術

盡可能的對每一種單獨的滲濾液處理工藝進行優化改進，以適應不同滲濾液處理條件。比如，在MBR 處理系統中采用液氧供氧取代傳統空氣曝氣，可提高好氧處理效率、改善運行和操作環境；針對膜過濾技術，采用化學軟化+微濾取代 NF 和采用 DTRO 取代 RO，可有效提高產水回收率。

4.4 開發新工藝

基于垃圾滲濾液水質變化的特點，開發出系統運行穩定、膜濃縮液產量低、出水水質優、運行成本低的新型工藝，是未來滲濾液處理技術發展的方向。以光大環保滲濾液處理技術發展歷程為例[12]，滲濾液處理技術發展從第一代的：“混凝+氨吹脫+UBF+SBR+MBR”，到第四代滲濾液“預處理+IOC+MF+蒸氨+化軟微濾+DTRO/RO”工藝，最新工藝放棄了缺/好氧生化系統，通過采用蒸氨工藝，實現滲濾液中氨氮的資源化利用；采用化學軟化微濾技術取代納濾膜，能夠去除絕大部分硬度；滲濾液經化軟微濾后直接進入DTRO膜，既縮短了工藝流程，同時產水回收率可達85%以上；膜濃縮液再經過蝶管式納濾膜(DTNF)進一步提取有機物，產水再經浸沒蒸發處理后，可進一步濃縮10倍以上，最終系統產水率可達98%以上。

由此可見，研究新型滲濾液處理工藝，不僅有助于解決滲濾液處理過程中產水水質差和膜濃縮液產生量大的行業難題，更能促進滲濾液處理行業的可持續發展。